一种不完全信息下的无线传感器网络数据收集方法与流程

本发明涉及无线传感器网络领域，提出一种基于不完全信息的无线传感器数据收集方法。

背景技术：

无线网络中由于某些节点的不确定性，例如节点位置的动态变化等，其他节点对于此节点的信息不是完全可知的。数据节点的不确定性导致的联盟内信息的不完全性,

技术实现要素：

基于现有技术，本发明提出了一种不完全信息下的无线传感器网络数据收集方法，使用不完全信息的贝叶斯联盟博弈，来解决节点的不确定性问题，提高系统的网络性能。

本发明的一种不完全信息下的无线传感器网络数据收集方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、收集节点根据控制中心传来的信息，获得各个数据节点初始的位置信息，数据节点的移动性导致联盟结构的动态变化，一旦收集节点感受到数据节点的移动，收集节点之间彼此通信来确定数据节点的位置；

步骤(2)、每个收集节点分别利用对数据节点的位置进行估测，来确定自身所存在的网络环境；

步骤(3)、计算每个估测的网络环境中的各联盟结构下各数据节点的安全效益值，使用吞吐量和延时之间的比值表示联盟S的收益：

其中，表示数据节点i的利用率；表示总利用率，λ_i为数据的到达率，W_i为数据节点i的平均等待时间，表示联盟的平均吞吐量，β∈(0,1)为吞吐量和延时之间的平衡参数，δ为网络提供给联盟S的单位功率价格，T表示数据节点数，i∈s表示的是联盟S中的节点i；

运用拒绝机制，找到满足贝叶斯核的约定，即满足以下定义：

如果存在一种S-约定满足：A^S_S＞_SA^M_S，则联盟S拒绝约定A^M，其中S表示联盟结构，A^M表示约定M，A^S表示约定S；

步骤(4)、经过贝叶斯联盟博弈后得到纳什稳定的联盟结构，联盟内的收集节点帮助不同的数据节点进行数据传输。

与现有技术相比，本发明应用于无线传感器网络，解决数据节点的不确定性带来的联盟结构动态变化特性，从而有效地将数据节点分配给不同的收集节点，保证收集节点和数据节点之间形成稳定的联盟结构，使系统能够以较高的吞吐量和较低的延时将数据传输至目的节点。

附图说明

图1是本发明的基于贝叶斯联盟博弈的数据收集系统模型；

图2是本发明的一种不完全信息下的无线传感器网络数据收集方法的整体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种基于网络环境的贝叶斯联盟博弈算法，用户预先知道一定的参与者信息，各用户对真实的应用环境有自己的信息，并依此进行信息分割。为了分配未知的收益，用户之间有相互约定。约定中会列出各种不同用户组成应用环境下的收益分配额，并对约定的稳定性和公正性进行分析，以形成稳定的联盟协作关系，保证联盟整体收益和各成员收益最优。每一个联盟都包含数据节点和收集节点，数据节点的动态变化导致收集节点关于数据节点的信息是不完全可知的，因此收集节点使用信念更新机制估测数据节点的信念概率，从而动态地调整联盟结构，最后形成纳什稳定的贝叶斯核。在贝叶斯核对应的联盟结构中，收集节点在不同的数据节点之间移动，从而将数据有效地传输至目的节点。

1、整体算法包括以下几个步骤：

(1)收集节点根据控制中心传来的信息，获得各个数据节点初始的位置信息，一旦收集节点感受到数据节点的移动，收集节点之间便会彼此通信来确定数据节点的位置；

(2)数据节点的移动性导致联盟结构的动态变化，因此每个收集节点分别对数据节点的位置进行估测，确定可能存在的网络环境；

(3)确定所有可能形成的联盟结构，计算每个估测的网络环境中的各联盟结构下各数据节点的安全效益值，运用拒绝机制，找到满足贝叶斯核的约定；

(4)收集节点和数据节点在贝叶斯核对应的联盟结构进行信息传输。

2、如图1所示的基于贝叶斯联盟博弈的数据收集模型，假设无线网络中含有T个数据节点和L个收集节点，收集节点随机分布在某一个区域内，j＝{1,2,…,L}用来表示不同的收集节点，收集节点在数据节点之间移动并进行数据的收集。节点的链路传输容量为μ_j，单位是数据包/秒，1/μ_j表示的是收集节点j服务单个数据包的服务时间。所有的收集节点都限制相同的最大传输功率，用于将数据传输至目的节点。{1,2,…,T}表示不同的数据节点，这些数据节点是要传送到目的节点的一个队列的数据包。

3、联盟收益的计算

(1)假设传输信道为瑞利衰落信道，信道内传输数据的收集节点有l个，表示为H_i＝{j₁…j_h…j_l}，其中j₁表示收集者，j_h表示中继节点，j_l为目的节点。B比特的数据包从数据节点i∈T处的收集节点经过信道内的l个收集节点，传输到目的节点成功的概率为：其中为单个比特从收集节点传输到相邻收集节点或者目的节点的成功传输概率。为了保证接收端的信噪比高于阈值γ₀，单比特的数据成功传输到目的节点的概率定义为：

其中，k是信道衰减的常数，为节点之间的距离，δ²为高斯白噪声的方差，α为信道衰减的指数，为节点的最高传输功率。

(3)将此联盟看做轮询系统，此联盟的延时表示为：

其中，W_i为数据节点i的平均等待时间，为对于给定的路径{i₁,...i_|S∩T|}，收集节点服务数据节点所需要的切换时间，收集节点组可以看做是单个的收集者，为传输容量的总和，数据节点i的利用率为：总利用率为λ_i为数据的到达率。

(4)此模型的联盟中，联盟的平均吞吐量表示为：

(5)在此系统模型中，为了最大化联盟收益，需要平衡联盟的代价和效益之间的关系，因此使吞吐量和延时之间的比值表示联盟S的收益：

其中β∈(0,1)为吞吐量和延时之间的平衡参数，δ为网络提供给联盟S的单位功率价格。

(6)为了合理分配联盟S的收益，根据联盟中单个成员对联盟的贡献，对联盟S中的收益进行合理地分配，因此联盟中成员i∈S的单个收益可以表示为：

4、拒绝机制：

拒绝机制用来评估每一种约定，从而得到贝叶斯核，定义如下：

对于给定的贝叶斯联盟博弈B＝＜M,Π,P,(I_y),(≥_y)＞和大联盟约定A^M，联盟S拒绝大联盟约定A^M的条件为：如果存在一种S-约定使得某个网络环境e∈∏^*(A^M,A^S)满足：则联盟S拒绝约定A^M。

5、经过贝叶斯联盟博弈后得到纳什稳定的联盟结构，联盟内的收集节点帮助不同的数据节点进行数据传输。